宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能太空浮尸三个人是谁，人死在太空中会腐烂吗是人类发现暗物质的(de)第一个直(z太空浮尸三个人是谁，人死在太空中会腐烂吗hí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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